饮用水处理中TOC和THM的风险管理--氯元素
时间：2024-12-02 阅读：44
保障水质：饮用水处理中
TOC & THM的风险管理
在饮用水处理厂的源头，原水通常要经过化学混凝、絮凝、沉淀、过滤和消毒五大过程才能安全饮用。根据原水特性，可能还需要额外步骤来解决特定的水质问题，达到理想的最终出水水质，并控制处理成本。
我们将在此重点讨论两个关键元素：碳和氯。我们将探讨水中含碳化合物的存在对法规和处理决策的影响，以及作为消毒剂的氯如何推动其他法规和处理决策。
图1.饮用水工艺概述
氯是一种强效消毒剂，在市政水处理过程中使用已有100多年的历史。自1908年在新泽西州首次使用至今，它已成为美国大多数饮用水和废水处理厂使用的主要消毒剂。
氯通过杀死或灭活许多导致疾病的病原体来对水进行消毒。氯能中和的三种已知水传播疾病是大肠杆菌病、肝炎和贾第鞭毛虫病。
氯基消毒剂比其他消毒剂具有更强的残留效果；因此，氯基消毒剂在市政输水网络中发挥着至关重要的作用，并且仍然是饮用水厂的首选消毒剂。在消除霍乱和伤寒等瘟疫、降低肠道疾病发病率和其他由水传播病菌引起的健康问题方面，使用氯消毒剂无疑对公共卫生大有裨益。
使用氯和少量氯胺作为消毒剂的一个后果是，它们很容易形成所谓的消毒副产物。EPA监管的化合物有两类九种化合物：三卤甲烷和卤乙酸以及亚氯酸盐和溴酸盐。这些化合物是氯或氯胺与水中的有机碳和溴化物发生反应时形成的。1998年，制定了第1阶段DBP规则，以减少饮用水中的DBP暴露。第1阶段DBP规则规定了三种消毒剂的最大残留消毒剂水平（MRDL）：氯、氯胺和二氧化氯。第1阶段DBP规则还规定了总三卤甲烷（TTHM）的MCL为80 ppb、卤乙酸（HAA5）的MCL为60 ppb、亚氯酸盐的MCL为1,000 ppb、溴酸盐的MCL为10 ppb。2006年，第2阶段DBP规则要求对输水系统内DBP水平最高的地点进行监测，从而加强对公众健康的保护。
消毒副产物和监管合规性
MCLG是饮用水中污染物的最高水平。最高污染物水平（MCL）是根据成本效益分析确定的饮用水中允许的最高水平，强制执行。
地点运行年平均值或“LRAA”是指前四个日历季度在特定监测地点采集的样本分析结果的平均值。
表1.第2阶段DBPR监管污染物
配水系统总监测点和监测频率由社区规模和水类型（第H子部分或地下水）决定。
表2.第2阶段DBPR MCL合规性
TTHMs和饮用水
EPA批准的总三卤甲烷（TTHMs）检测方法是GC/MS或GC/选择性检测器方法。常用的方法是实验室GC/MS方法524.2。要符合《消毒副产物规则》第2阶段的规定，必须按照上表中的时间表对输水系统进行抽样。
除配水系统中的采样点外，实时了解水厂最终出水到达配水系统之前的TTHM水平也很有帮助。GC/MS技术无法随时进行在线测量。然而，有一种方法可以实时测定出水样本中的TTHMs。
TTHMs在线测定
YSI THM分析仪使用基于吹扫和捕获/GC的技术来测定TTHMs。用惰性气体吹扫样品，将可吹扫的有机物转化为气相，并在环境温度下收集到捕集阱。吹扫样品后，对捕集阱进行加热、反冲洗，然后用惰性气体对色谱柱进行解吸。对气相色谱仪进行温度编程以分离可吹扫的有机物：氯仿、溴二氯甲烷、二溴氯甲烷和溴仿。这些化合物通过表面声波检测器进行检测。
1 吹扫状态
用惰性气体吹扫样品，将可吹扫的有机物转化为气相，并在环境温度下收集到捕集阱。吹扫样品后，对捕集阱进行加热、反冲洗，然后用惰性气体对色谱柱进行解吸。对气相色谱仪进行温度编程以分离可吹扫的有机物：氯仿、溴二氯甲烷、二溴氯甲烷和溴仿。
图3.测定TTHMs的吹扫技术
2 解吸状态
一旦吹扫步骤完成，并且分析物已集中在捕集阱上，阀门就会改变位置，使捕集阱与GC载气流相通。将捕集阱迅速加热至解吸温度，将分析物从吸附材料中释放出来，并且GC载气“反吹”捕集阱，将分析物通过加热的传输管线扫出捕集阱并扫至GC入口。
在解吸和烘烤状态期间，样品从喷雾容器中排出，并用清水冲洗样品管线和喷雾器（如红色所示）。
USEPA方法定义了这一技术，所有商用吹扫和捕集仪器均基于这一操作原理。许多仪器均包含旨在提高整体效率和性能的附加元件，但它们均基于这一基本原理。
图4.吹扫捕集技术的解吸状态
结论
简而言之，总有机碳（TOC）在保证饮用水安全方面发挥着重要作用。EPA已就水处理过程中应去除多少TOC制定了明确的指导原则，尤其是对于遵循40CFR中第H子部分规定的工厂。即使TOC水平较低且稳定，有机化合物或THM前体仍可能存在于整个处理过程中。当使用氯作为消毒剂时，它会与这些化合物发生反应，产生消毒副产物。这就是为何密切监测TOC和氯水平对于确保水处理符合EPA规定并保证水质安全至关重要的原因。